現(xiàn)代通信技術(shù)1(概述數(shù)字通信).ppt
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現(xiàn)代通信技術(shù)(本科生用),通信學(xué)院:韓曉冰Tel:029-85583165E-mail:hanxiaobing@,2004-3,2,本課主要內(nèi)容,通信基本概念(各種通信技術(shù)概念)數(shù)字通信(各種通信技術(shù)原理)通信系統(tǒng)(衛(wèi)星、移動、光纖)INTERNET與INTRANET寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信與數(shù)字化,2004-3,3,第一章:概論,1.1通信的基本概念通信:信息的交流。通信的目標(biāo):任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與其他人進(jìn)行任何種類的信息交流。通信技術(shù)內(nèi)容:信息的處理、交換和傳輸。,2004-3,4,通信系統(tǒng)模型,,2004-3,5,各個(gè)部分的作用:,信源:發(fā)出信息的源頭處理與編碼:聲電、光電變換發(fā)射設(shè)備:變頻、電光變換傳輸媒質(zhì):空間、電纜、光纜接收設(shè)備:變頻、光電變換解碼與處理:電聲、電光變換信宿:接收信息的,2004-3,6,1.2傳輸技術(shù),有線傳輸技術(shù)明線、雙絞線、同軸電纜、光(纖)纜。無線傳輸技術(shù)長波、中波、短波、超短波、微波。,2004-3,7,無線電波段劃分,2004-3,8,傳輸技術(shù)原理,有線傳輸電平、編碼、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制。電壓信號為主:明線、雙絞線場信號為主:同軸電纜、光(纖)纜,2004-3,9,,無線傳輸電波傳播原理:擴(kuò)散原理。,,涉及內(nèi)容:編碼、調(diào)制、發(fā)射、天線技術(shù)等,2004-3,10,1.3交換技術(shù),分類:電路交換:空分、時(shí)分等。分組交換:包交換。應(yīng)用:PSTN(公用電話交換網(wǎng))-時(shí)分LAN(局域網(wǎng))-包交換。,2004-3,11,電路交換方式:,電話交換網(wǎng),功能實(shí)現(xiàn):電話交換機(jī)內(nèi)有電子交換矩陣實(shí)現(xiàn)空分電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)時(shí)分特點(diǎn):實(shí)時(shí)構(gòu)成:用戶終端(電話機(jī)等)、程控交換機(jī)、傳輸線路(雙絞線、微波、光纜),2004-3,12,分組交換方式:,,,,功能實(shí)現(xiàn):存儲式交換。特點(diǎn):非實(shí)時(shí)構(gòu)成:用戶終端(計(jì)算機(jī)等)、數(shù)據(jù)交換機(jī)、傳輸線路(雙絞線、微波、光纜),2004-3,13,兩者的區(qū)別:,終端設(shè)備交換方式速率協(xié)議,2004-3,14,標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化組織,1.美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會。ANSI標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域如ANSICOBOI和ANSIC,光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)等。2.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織是和美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會合作的一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO的縮寫來源于它的法文名稱)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織是制定標(biāo)準(zhǔn)的組織,最有意義的工作就是對開放系統(tǒng)的研究。具有七層協(xié)議結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI)就是一個(gè)眾所周知的例子。每個(gè)國家的國家標(biāo)準(zhǔn)制定組織都是這個(gè)組織的成員。3.國際電信聯(lián)盟(ITU)是聯(lián)合國的一個(gè)專門機(jī)構(gòu),是國際電信界最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)制修訂組織,總部設(shè)在瑞士的日內(nèi)瓦。這個(gè)委員會對世界范圍的電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星和無線通信設(shè)備提出技術(shù)性的建議。下設(shè)電信標(biāo)準(zhǔn)化部門有ITU-T(電報(bào)電話小組)、ITU-R(無線電小組)。,2004-3,15,4.電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)IEEE是世界上最大的專業(yè)技術(shù)團(tuán)體,由計(jì)算機(jī)和工程學(xué)專業(yè)人士組成。這個(gè)協(xié)會已經(jīng)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802.3(以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn))、IEEE802.4(利令牌總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn))IEEE802.5(令牌環(huán)形網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn))和IEEE1003.1(可移植的操作系統(tǒng))。5.電子工業(yè)協(xié)會(EIA)電子工業(yè)協(xié)會是另一個(gè)與電氣標(biāo)準(zhǔn)制定有關(guān)的組織,該協(xié)會已經(jīng)制定了許多標(biāo)準(zhǔn),但最為人知的是連接裝置的標(biāo)準(zhǔn)。RS-32和B5-449標(biāo)準(zhǔn)在今天的數(shù)據(jù)通信設(shè)備中被廣泛使用。這個(gè)組織的成員主要是電信設(shè)備和其他電子設(shè)備的生產(chǎn)者。6.國際電子技術(shù)委員會(IE)國際電子技術(shù)委員會是一個(gè)非政府結(jié)構(gòu),它為辦公室設(shè)備的互聯(lián)、安全以及數(shù)據(jù)處理制定標(biāo)準(zhǔn)。該組織參與了圖像專家聯(lián)合組(JPEG),為圖像壓縮制定標(biāo)準(zhǔn)。7.國際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會(NIST)其前身是美國的國家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS),是美國商業(yè)部下屬的一個(gè)機(jī)構(gòu),發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)。NIST關(guān)于安全技術(shù)方面的一個(gè)重要貢獻(xiàn)是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)。,2004-3,16,1.4復(fù)用技術(shù),分類:頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM。1、頻分復(fù)用FDM,2004-3,17,2、時(shí)分復(fù)用TDM,2004-3,18,3、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM,,2004-3,19,1.5通信技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、感測技術(shù)研究熱點(diǎn):寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IPv6、移動通信技術(shù)3G、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WLAN,2004-3,20,,,2004-3,21,第二章:數(shù)字通信技術(shù),2.1基本概念1、數(shù)據(jù)(定義):依照通信協(xié)議,在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。2.信息:對數(shù)據(jù)內(nèi)容的表達(dá)和解釋。3.信號:對數(shù)據(jù)的電磁和電子編碼。4.傳輸:信號的數(shù)據(jù)傳遞。5.比特率(Rb)比特(bit,b)是二進(jìn)制數(shù)字的縮寫,比特率(bit/s)是指在網(wǎng)絡(luò)上每秒鐘傳送多少個(gè)比特。6.?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率7.頻率:每秒的周期數(shù)8.頻帶寬度:指一個(gè)頻率范圍,用赫茲(HZ)表示。,2004-3,22,2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn),構(gòu)成,2004-3,23,優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng);便于差錯(cuò)控制;便于加密;便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù);便于綜合傳輸各種消息;,2004-3,24,2.3編碼,2.3.1數(shù)字編碼1.不歸零編碼2.曼徹斯特編碼2.3.2語音編碼1.波形編碼:DM(增量調(diào)制)、ADM(自適應(yīng)增量調(diào)制)、PCM(脈沖編碼調(diào)治)、ADPCM(自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)治)、LPC(線性預(yù)測編碼)、VQ(矢量量化)等.2.參數(shù)編碼:CELP(碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼)、子帶編碼等.,,,,,101,2004-3,25,應(yīng)用情況:程控電話:ITU-TG.727標(biāo)準(zhǔn),32kb/sADPCM、64kb/sPCM。全球通GSM:13kb/sRPE-LTP(長時(shí)預(yù)測)。IS-54、TDMA(北美):8kb/sVSELP(向量激勵(lì))。CDMA:8kb/sQCELP。可視電話、電視會議:視頻標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG723.1語音標(biāo)準(zhǔn)G.723.16.3kb/sLD-CELP(低時(shí)延碼激勵(lì))G.723.15.3kb/sCS-ACELP(共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì))IP語音:美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)10152.4kb/sMELP(混合激勵(lì))研究發(fā)展速率更低,失真更小。,2004-3,26,,2.3.3數(shù)據(jù)編碼要求:被編碼成適合傳輸?shù)母袷?.ASCII碼:美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)2.EBCDIC碼:擴(kuò)展二進(jìn)制編碼,用于IBM大型機(jī)和外圍設(shè)備。3.莫爾斯碼:代碼由一系列的點(diǎn)和劃組成。4.博多碼:用于電報(bào)和直通電報(bào)通信中。5.BCD碼:二_十進(jìn)制碼,用于早期的IBM大型機(jī)中。2.3.4視頻編碼分為活動圖象和靜止圖象。1.靜止圖象編碼:MHC(霍夫曼~)、MRC(二維~)、MMRC(改進(jìn)二維~)、JBIG(聯(lián)合二值圖象專家組算術(shù)碼)、JPEG(聯(lián)合影象專家組~)、JPEG-2000等。,2004-3,27,,2.活動圖象編碼:MPEG(活動圖象專家組):制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1(1993)、MPEG-2(1994)、MPEG-4(1999)、MPEG-7(1999)。ITU-T:MHEG(多媒體信息編碼專家組)視頻壓縮算法H.261(1996)[H.320(ISDN)、H.323(LAN/IP)],H.262(1996)[H.310(ATM/B-ISDN)],H.263(1995)[H.324(PSTN)]。一般采用幀間預(yù)測技術(shù)、運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)。,HDTV:1920*1080*30*8=498Mb/sVCD:1.5Mb/sDVD:3~6Mb/s,2004-3,28,2.4調(diào)制和解調(diào),要求的提出:家庭中的計(jì)算機(jī)要上網(wǎng)。電話線傳送的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)2.4.1調(diào)制方式分類:模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制;頻率調(diào)制、幅度調(diào)制、相位調(diào)制。,2004-3,29,,例如:模擬調(diào)制:AM、FM。數(shù)字調(diào)制:ASK(幅移鍵控)、FSK(頻移鍵控)、PSK(相移鍵控)、QAM(正交調(diào)幅)、DMT(離散多音調(diào)制)等。FSK(頻移鍵控)原理,,2004-3,30,,PSK(相移鍵控)原理所謂PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個(gè)電平使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。有2PSK(BPSK)、4PSK(QPSK)、8PSK等。調(diào)制效率與調(diào)制方式的關(guān)系:2nn越大效率越高.信號的形式:模擬、數(shù)字?,,,,,,,,0,1,2PSK,2004-3,31,2.5同步技術(shù),所謂同步就是要求建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端在時(shí)間上保持步調(diào)一致。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中涉及到的同步主要有載波同步、位(碼元)同步和群(碼組、幀)同步。對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來說,最基本的、必不可少的同步是收發(fā)兩端的時(shí)鐘同步(位同步),這是所有同步的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)的方法通常有:1)頻分制傳輸2)時(shí)分制傳輸3)自同步法目前大部分系統(tǒng)采用自同步法來實(shí)現(xiàn)同步。,2004-3,32,2.6復(fù)用技術(shù),所謂多路復(fù)用,是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中,允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)源共享一個(gè)公共傳輸媒介,就像每個(gè)數(shù)據(jù)源都有它自己的信道一樣。多路復(fù)用是一種將若干個(gè)彼此無關(guān)的信號合并為一個(gè)能在一條共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號的方法。通??煞譃闀r(shí)分復(fù)用(TDM)、頻分復(fù)用(FDM)和碼分復(fù)用(CDM)等。1、FDM:該技術(shù)用于模擬信號。是一種按頻率來劃分信道的復(fù)用方式,它把整個(gè)物理媒介的傳輸頻帶,按一定的頻率間隔劃分為若干較窄的頻帶,每個(gè)窄頻帶構(gòu)成一個(gè)子通道。在通信網(wǎng)中,有大量的頻分多路復(fù)用系統(tǒng)。傳輸數(shù)據(jù)信號時(shí),必須先對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行調(diào)制,然后才能通過頻分多路復(fù)用設(shè)備復(fù)合成多路數(shù)據(jù)復(fù)用信號進(jìn)行傳輸。如微波傳輸系統(tǒng)、GSM等。,2004-3,33,,FDM原理:0~f1:通道1;f1~f2:通道2;f2~f3:通道3。信道有載波、頻分短波、頻分微波、頻分衛(wèi)星等。2、TDM:把許多輸入信號結(jié)合起來,并一起傳送出去。按一定的時(shí)間隔劃分為若干較窄的時(shí)隙,每個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)子通道。TDM保持了信號物理上的獨(dú)立性,而從邏輯上把它們結(jié)合在一起。,,,,,,0,,f1,f2,f3,頻率,2004-3,34,,TDM原理:通道1;通道2;通道3;通道4。在TDM中,由于采用的技術(shù)不同,又可分為同步時(shí)分復(fù)用、異步時(shí)分復(fù)用(ATOM)、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用(STDM)或智能時(shí)分復(fù)用(AM)等。信道主要有時(shí)分基帶、時(shí)分短波、時(shí)分微波和時(shí)分衛(wèi)星等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2004-3,35,,3、CDM:多用在無線通信系統(tǒng)中。每個(gè)用戶在通信期間占用所有的頻率和所有時(shí)間,但不同用戶具有不同的正交碼形,用以區(qū)分不同用戶的信息,避免互相干擾。由于不同用戶之間的信息傳遞是通過正交碼來隔離的,因而在蜂窩系統(tǒng)中,相鄰蜂窩可以使用相同的頻率譜,具有最高的頻率利用率。但復(fù)雜度稍高。正在成為第三代移動通信系統(tǒng)的主流制式。4、SDM:也多用在無線通信系統(tǒng)中。每個(gè)用戶在通信期間,可以占有所有或部分的頻率、所有或部分時(shí)間、所有或部分碼形,但只占有特定的空間(方向)。混合復(fù)用信道。在現(xiàn)在和將來的新系統(tǒng)中,很少有單獨(dú)采用以上任何一種方式的,基本上都是幾種基本方式的組合,即混合復(fù)用信道。該種信道會隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,優(yōu)越性越來越顯著而廣泛應(yīng)用。,2004-3,36,2.7信道工作方式,數(shù)據(jù)通信可以有單工、全雙工和半雙工三種了作方式,與之相匹配,適應(yīng)三種工作方式的信道也可分成三種:(1)單向(單工)信道:只能沿一個(gè)固定方向傳輸?shù)男诺?,配合它使用的是單上傳輸方式。?)雙向(全雙工)信道:可以同時(shí)沿兩個(gè)方向雙向傳輸?shù)男诺?。全雙工傳輸工作方式必須采用雙向信道。(3)半雙工信道。可以分時(shí)沿兩個(gè)方向傳輸?shù)男诺溃河衫铍p工信道可以構(gòu)成半雙工傳輸工作方式的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。研究內(nèi)容:信道特性、模型、適合的編碼、調(diào)制方式等。,2004-3,37,2.8信號工作頻帶的劃分,基帶信號:信源編(解)碼、速率、信道編(解)碼、復(fù)用/分接等。中頻信號:中頻調(diào)制、上下變頻、AFC、頻率合成技術(shù)等。射頻信號:AGC、APC、ATC、AFC、自動跟蹤技術(shù)等。,- 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